第3章计算机集成制造系统

2019/7/311第3章计算机集成制造系统（CIMS）技术2019/7/31中南大学2什么是CIMS？CIMS－计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystems）CIMS－现代集成制造系统（ContemporaryIntegratedManufacturingSystems）C是手段M是指大制造（制造业）S是指整个系统I是核心，即通过集成提高制造企业的市场竞争能力2019/7/31中南大学3为什么要学习CIMS?了解相关知识从事企业软件开发CAD/CAE/CAPPPDM/PLMERPCRM专用、高附加值的软件从事企业信息化工作企业的技术主管CIO从事企业信息化项目实施金碟、用友浪潮、华天2019/7/31中南大学4课程主要内容理念篇CIMS的基本概念、基本原理、基本方法、应用背景CIMS的方法体系技术篇CIMS总体设计技术CIMS关键技术管理、设计、制造、集成实践篇企业信息化我国的制造业信息化工程战略2019/7/31中南大学53.1信息时代的制造业制造业的发展历史􀂆信息化带动工业化是必由之路2019/7/31中南大学6制造业的内涵制造业是指对原材料(采掘业的产品和农产品)进行加工或再加工，以及对零部件装配的工业的总称。制造业一般有消费品制造业和资本品制造业、轻型制造业和重型制造业、民用制造业和军工制造业、传统制造业和现代制造业之分，其中装备制造业越来越重要。􀂆􀂆工业化国家：约1/4的人口从事制造业，约70%～80%的物质财富来自制造业。制造业在我国工业总产值中所占比重42.47%57.53%制造业其它2019/7/31中南大学7物质生产贯穿人类历史材料、能源和信息是人类社会经济的三大重要支柱。人类社会经济发展的历史，就是人类利用材料、能源和信息进行物质生产的历史。材料、能源和信息领域的任何技术革命，必然导致生产方式的革命和生产力发展的飞跃。物质生产材料产品信息能源2019/7/31中南大学8制造业发展史制造业创造了人类人与猿相分离，是由于人学会了双足行走和用手制造并使用工具，这是人类进化的关键一步。随着狩猎和采集技术的改进，人们制造的工具日趋精细，种类越来越多，出现了有组织的石料开采和加工，形成了原始制造业。使用工具、制造工具，即原始的制造技术和生产方式的改变引发了古猿进化的改辙，驱引他们用脑思维，脑容量增大，经选择遗传而与猿类分离，变成堂堂直立的人类。毛主席1964年有一首词《贺新郎·读史》，头几句是：“人猿相揖别，只几个石头磨过，小儿时节。”原始的工具制造是人类社会制造业的最早萌芽。2019/7/31中南大学9制造业发展史制造业是产业革命的主力军18世纪的产业革命和接踵而来的电气化运动，从1765年瓦特发明蒸汽机算起已延续了240年。这场波澜壮阔的工业革命使人类的生产和生活方式发生了不可逆转的伟大变化。产业革命的标志———瓦特蒸汽机的发明工业革命的第二个高潮———电气化发生在19世纪后半叶和20世纪初。以1948年美国贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克利发明晶体管，1958年制成第一台固体元件计算机为开端，晶体管的发明和微电子制造技术的飞速发展，开创了全新的信息时代。2019/7/31中南大学10制造业发展史的启示蒸汽机和电机的应用，延伸了人的体力劳动，催生了工业革命，使人类社会通过工业化从农业社会发展到工业社会。以计算机为核心的现代信息技术的应用，则延伸了人的脑力劳动，引发了新的工业革命，使人类社会通过信息化从工业社会发展到信息社会，信息化是信息时代的工业革命。农业社会工业社会信息社会工业化工业革命信息化新的工业革命2019/7/31中南大学11从工业化到信息化的里程碑1765年——蒸汽机的发明拉开工业化革命序幕；20世纪上半叶——一批发达国家完成工业化革命；1948年——晶体管发明；1958年——第一台固体元件计算机；1959年——第一个集成电路；1960年——ALGOL和COBOL计算机语言；1964年——大型电子计算机IBM360系列；1969年——互联网诞生；1971年——用大规模集成电路组成的微处理机；1977年——个人计算机；1989年——万维网（WWW）诞生；在短短的50年时间内，信息技术使我们的生活发生了质的变化，世界全面转向信息化时代。2019/7/31中南大学12机械制造业发展的几个阶段第一阶段－－手工单件生产第二阶段－－大批量重复生产第三阶段－－自动化生产第四阶段－－现代集成制造2019/7/31中南大学13单件手工生产（第1阶段）法国巴黎P&L汽车制造公司的汽车制造过程(1890年)年产量800台有许多独立的工匠手工完成单件制造方式􀂆生产流程几个主要伙伴讨论用户需求，确定汽车规格定购主要零件、各个承包商制造零件、汇总安装特点劳动力在设计、制造工艺水平上较高，组织十分分散产量低、价格高、产品维护费用高􀂆追求的目标全面满足客户的要求较高的制造装配工艺水平2019/7/31中南大学14大批量重复生产（第2阶段）Ford生产线方式的引入（1908年）－零件互换、标准化技术的引入－装配线（固定线－流动线）－结果：生产成本大量下降、生产率提高、产品的维护费用下降、维护方法简化－当生产量达200万量时，价格降低了2/3。特点－劳动力专业化分工、培训时间缩短－组织结构一体化、大而全，计划管理，由上而下协调生产组织－官僚主义，对市场的响应能力下降－机床的能力不断提高􀂆大批量生产追求的目标（50年代前）－大量生产－低成本－提高劳动生产率2019/7/31中南大学15自动化生产（第三阶段，50-70年代）新的生产组织模式制造资源计划（MRPII，美国）精益生产（日本）Siemag粗计划系统（德国）􀂆制造设备水平提高数控机床（50年代）FMS（70年代）􀂆计算机辅助设计技术应用CAD、CAPP、CAM、CAE单元技术应用2019/7/31中南大学16自动化生产特点计算机应用水平提高CAD、CAPP、CAM、CAE技术应用MRPII技术应用管理信息系统应用车间控制技术􀂆局部集成技术MRPII（计划、物料、库存、生产能力、财务、销售信息集成）CAD/CAPP/CAM集成FMS、独立制造岛（加工设备、物料传送、仓库存储设备的集成〕优化􀂆MRPII系统优化了物料供应和生产计划􀂆FMS应用优化了生产调度和控制策略􀂆车间作业计划与调度系统的应用优化了制造资源分配2019/7/31中南大学17现代集成制造（20世纪80年代以后以信息技术为基础，系统集成与优化为手段，以提高企业的市场竞争能力为目标，致力于全面提高企业的T、Q、C、S水平。“自动化孤岛”问题：片面提高自动化水平并不能够带来企业效益的提高􀂆“信息孤岛”问题：孤立的信息单元作用有限集成成为现代制造业发展的主旋律2019/7/31中南大学18现代集成制造的代表模式计算机集成制造􀂆并行工程􀂆虚拟制造􀂆精良生产􀂆敏捷制造􀂆协同制造􀂆网络化制造2019/7/3119自然经济商品经济科技生产力经济形态19102000奴隶社会封建社会资本主义、社会主义共产主义200年差距作坊式生产自然经济大量流水和成批生产多品种小批量商品经济产品经济蒸汽机电动机信息技术19001980产品经济科学管理，系统管理，现代管理计划经济科学管理系统管理现代管理t传统管理中国2019/7/31中南大学20信息技术引发了制造业的深刻变革信息技术促使工业产品知识化，制造业信息化产品信息化设计制造过程信息化管理信息化资源信息化服务信息化信息技术推动了新技术经济体系的形成产生了新的生产管理和组织形式形成了当代最先进的生产力为制造业注入了新的活力增强了制造业的技术创新和管理创新能力。信息技术促进了经济全球化与制造全球化2019/7/31中南大学21信息时代制造业新的工业革命信息技术促进了敏捷制造的发展，形成了以虚拟制造和动态联盟为特征的新型制造模式。网络技术促进了全球化制造的发展，引发了制造业的重新分工和资源的重新配置。计算机技术促进设计制造数字化，提高了产品创新能力，缩短了设计周期，降低了产品开发成本。电子商务技术促进了全球化采购/销售，降低了采购与销售成本，提高了服务质量。2019/7/31中南大学22数字BOEING技术趋势虚拟设计制造全生命周期设计制造PLM并行工程CE全球化的协作平台EXSTAR美国B777的应用效果开发周期：9年－4.5年成本降低：25％100％整机数字化设计世界垄断与霸主地位制造业发生的深刻变革数字化飞机2019/7/31中南大学23技术趋势数字化设计制造虚拟样机全球采购和分销大规模定制通用公司应用状况开发周期（48月－24月－12月）碰撞试验（100次－50次）个性化定单－3小时通过在线采购降低成本10％产品概念设计产品详细设计制造业发生的深刻变革数字化轿车2019/7/31中南大学242019/7/31中南大学25中国的进步2019/7/31262019/7/31中南大学27数字化设计/制造创我国枭龙飞机研制周期最短的奇迹枭龙/FC-1型飞机从冻结技术状态到首飞成功，只用了23个月的时间，这是采用了数字化设计/制造/管理技术创造的奇迹。建立枭龙/FC-1型飞机全机结构数字样机，实现产品数据共享全机工艺规程编制计算机化实现枭龙/FC-1飞机主要结构件数字化设计/工艺/加工/检测，突破结构件制造瓶颈2019/7/31中南大学34深海载人潜器示意图2019/7/31中南大学35深海载人潜器的工作原理和效果图2019/7/31中南大学36机床2019/7/31373.2计算机集成制造系统——CIMS的基本概念2019/7/3138CIM概念1973年，J.Harrinton博士提出CIM概念基本思想系统的观点：企业的各个生产环节是不可分割的，应该加以统一处理信息的观点：整个生产过程实质上也是对信息的采集、传递和加工处理的过程，在企业中主要存在信息流和物流这两种运动过程，而物流又是受信息流控制的。2019/7/3139为什么要提出CIM？在20世纪70年代，美国产业政策过分夸大了第三产业的作用，而将制造业贬低为“夕阳工业”、“生了锈的皮带”，导致美国制造业优势的衰退。20世纪80年代初开始的世界性石油危机，暴露出美国制造业的优势多数已被日本所取代，美国报纸说：“十个高技术产品中的七个，其市场已为日本所占有”、“日本产品在美国人心目中已经成为质量好、价格便宜的同义词”。美国要用其信息技术的优势夺回制造业的领导地位，认为“对CIMS，不要再犹豫了！（CIMS，nolongerachoice!）”2019/7/31中南大学40“自动化孤岛”2019/7/31中南大学411+1=2?2019/7/31中南大学42将“自动化孤岛”集成在一起2019/7/31中南大学43早期CIM的定义CIM是一种组织、管理与运行企业生产的新哲理，它藉助计算机硬软件，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流与物流有机地集成并优化运行，以实现产品高质、低耗、上市快，从而使企业赢得市场竞争经营管理人/组织技术2019/7/31中南大学44几层含义CIM是一种组织、管理与运行企业生产的哲理，其宗旨是使企业的产品高质量、低成本、上市快，从而使企业赢得竞争力企业生产的各个环节，是一个不可分割的有机整体企业生产的要素包括人、技术及经营管理，其中，尤其重视发挥人在现代化企业生产中的主导作用。企业生产活动中包括信息流（采集、传递和加工处理）和物流两大部分。现代企业中尤其重视信息流的管理运行及信息流与物流间的集成。CIM技术是基于现代